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許多工程師在設(shè)計振蕩器電路時并沒有花太多心思在晶振上。對他們來說，這是一個非常經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)電路。事實上，事情并沒有那么簡單。振蕩器電路作為單片機系統(tǒng)的的心跳，它需要晶振與其其他組件之間的仔細(xì)匹配。否則生成頻率的準(zhǔn)確性會受到影響，應(yīng)用程序甚至可能在現(xiàn)場失效。在進(jìn)行降本或者查找國產(chǎn)替代物料時，我們也經(jīng)常會遇到關(guān)于晶振的類似問題：更換晶振后單片機工作正常是否就可以了？還有沒有其他的參數(shù)需要考察的？為了解答各位的疑惑，我們對客戶的振蕩器電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析，旨在實現(xiàn)晶體和電路之間的最佳匹配。針對晶振的參數(shù)，除了振蕩頻率，其實我們更關(guān)心下面的三個參數(shù)：

1) 頻率精度

2) 振蕩安全系數(shù) (OSF)

3) 驅(qū)動電平

一：頻率精度

振蕩器電路的主要任務(wù)是在整個應(yīng)用期間和所有環(huán)境條件下產(chǎn)生穩(wěn)定和準(zhǔn)確的頻率。頻率精度的單位是PPM，代表百萬分之一，即1/1000000。晶振調(diào)整頻差最常用的就是±10PPM、±20PPM和±30PPM，這個數(shù)值越小說明晶振精度越高。頻差的選擇是基于數(shù)碼產(chǎn)品類型而定，比如網(wǎng)絡(luò)通信類電子產(chǎn)品對晶振的精度要求比較高，通常為±10PPM居多。在使用過程中，振蕩器電路的總負(fù)載電容CL和晶振的標(biāo)稱負(fù)載電容CL是影響頻率精度的主要因素。振蕩器電路的總負(fù)載電容 (CL) 必須盡可能接近晶體的標(biāo)稱負(fù)載電容 (標(biāo)稱 CL) 或理想匹配。因此，電路分析的第一步是確定石英晶體在其兩個端子“實際測到”的總負(fù)載電容 (CL)。由于與電路的任何直接接觸都會使測量結(jié)果失真，因此需要使用放置在電路上方一小段距離處的近場探頭在不接觸的情況下進(jìn)行測量。然后將晶體從電路中焊接出來，并使用晶體網(wǎng)絡(luò)分析儀在標(biāo)稱 CL 下進(jìn)行測量。總 CL 與晶振標(biāo)稱 CL 的偏差越大，頻率偏差越大。干貨：在進(jìn)行晶振替換時，首先需要確定PPM即晶振的標(biāo)稱負(fù)載電容與原來晶振的負(fù)載電容相差有多少。當(dāng)然溫度等外界環(huán)境條件對晶振的影響也是影響頻率精度的一個重要的因素。

二：振蕩安全系數(shù)

檢查振蕩器電路的振蕩安全性。該術(shù)語描述了電路在所有可能的環(huán)境條件下快速可靠地啟動的能力。因此，分析集中在電路內(nèi)的電子電阻上。

如上圖 所示，電路中內(nèi)置了一個新的附加電阻器 (R Pot)，與石英串聯(lián)。然后逐步增加 RPot的電阻，直到振蕩停止。該方法可以模擬“最壞情況下”晶振所允許的最大阻抗。以這種方式確定的最大阻抗與晶體的 ESRmax 之比最終得出振蕩安全系數(shù) (OSF)。如下圖中晶振的參數(shù)手冊。

對于MHz的晶體 ，對于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用來說，大于 5 的 OSF 被認(rèn)為是足夠的。對于與安全相關(guān)的應(yīng)用，例如汽車行業(yè)或醫(yī)療技術(shù)中的應(yīng)用，通常需要大于 10 的 OSF。對于KHz的晶體，3 到 5之間的 OSF 值必須已經(jīng)被評為良好，大于 5 的值必須被評為非常好，因為這些電路的設(shè)計功率非常低干貨：進(jìn)行晶振替代時，可以通過對比在電路中OSF的數(shù)值來確定新晶振與舊晶振的安全系數(shù)的關(guān)系。

三：驅(qū)動電平

為了防止晶振過載，確定其工作在晶振上的電源。為此，第一步是使用電流鉗測量流過石英的電流強度。石英的“驅(qū)動電平”是根據(jù)該測量結(jié)果和已經(jīng)確定的電路參數(shù)計算得出的。驅(qū)動電平不得超過石英數(shù)據(jù)表中指定的最大值。

超過最大驅(qū)動電平可能導(dǎo)致頻率偏差，或者在最壞的情況下，甚至導(dǎo)致晶振故障。如下圖中是某款晶振的驅(qū)動水平。

干貨：對于同一個電路，使用上圖中測量的電流相差越小，代表更換晶振帶來的風(fēng)險越小。也可以通過對比新舊晶振的驅(qū)動電平來決定，參數(shù)越接近，更換晶振所帶來的風(fēng)險最小。

四：調(diào)整電路

通過上面的三個測試，并找到了相對比較滿意的晶振就可以放心到應(yīng)用到自己的產(chǎn)品中。但是，若迫于無奈，只能選擇某款測試參數(shù)并不太滿足的晶振時，就必須調(diào)整電路。例如，如果頻率精度有問題，電路中負(fù)載電容的變化可以減小電路CL與晶振標(biāo)稱CL之間的差異，從而提高頻率精度。

以上對晶振的三個參數(shù)進(jìn)行了簡要的講解，希望有助于幫助到各位。可以在本公眾號內(nèi)回復(fù)【晶振】【振蕩器電路】獲取更多這方面的資料和內(nèi)容。